EP0120762B1 - Procédé de fabrication d'un dissipateur thermique et un dissipateur thermique obtenu par ce procédé - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method of manufacturing a heat sink and a heat sink obtained by this method.
- radiators are generally constituted by radiators with fins and comprise a flat base support or sole on which the fins are arranged perpendicular to this support.
- Several manufacturing methods are known for producing such radiators. These processes use molding, extrusion, milling and / or assembly techniques.
- Milling in the mass introduces a significant loss of material and requires a relatively long execution time, incompatible with mass production techniques.
- the other assembly techniques in particular the assembly technique of aluminum alloy dissipators welded to the salt bath, are expensive to carry out, because they require special tools and a significant investment due to the high cost of the salt bath.
- the object of the invention is to overcome the precipitated disadvantages.
- the subject of the invention is a method of manufacturing a heat sink formed by a sole made of light aluminum alloy forming a support for cooling fins, characterized in that it consists in producing the sole and the fins in a light aluminum alloy material, to make grooves in the sole, each groove being dimensioned to allow the engagement of a fin by one of its edges, to electrolytically cover the sole and the fins with a layer surface of copper, to engage the edges of each fin to be made integral with the sole in the corresponding grooves and to weld by fusion of a contribution of tin the edges of the fins engaged in the grooves, to achieve the permanent assembly of fins on the sole.
- the invention also relates to a heat sink formed by a sole made of light aluminum alloy on which cooling fins are fixed by at least one of their edges inside grooves, characterized in that the sole and the fins are covered with a layer of copper and the fins are held soldered in the grooves by soldering with tin.
- the method consists in a first step to be machined in a plate 1 of light aluminum alloy of the AU4G type forming a sole, grooves 2 1 to 2 n , of sufficient depth and width to allow the engagement and the fixing of fins. cooling 3 1 to 3 n-1 .
- a surface layer of copper 4 of about 60 microns is deposited on the surface of the plate 1 so as to completely cover it.
- This operation is carried out for example, after having formed on the plate 1 a zinc adhesion layer by immersion of the plate 1 in a bath at 25 ° C. of OHNa soda at 450 gr. per liter, zinc oxide, ZnO, at 50 gr. per liter and iron chloride to 1 gr. per liter.
- the copper deposit can be obtained using an electrolyte composed of CNCu copper cyanide at 52 gr. per liter, CNZn zinc cyanide at 12 gr. per liter, sodium cyanide CN Na at 85 gr. per liter of sodium carbonate Na 2 C0 3 at 30 gr. per liter, NH 4 CI ammonia chloride at 28 gr. per liter and free cyanide at 5 gr. per liter.
- the third step of the process consists in manufacturing the fins in AU4G light alloy plates.
- a possible and not compulsory embodiment of the fins is shown in the single figure where the fins 3 1 to 3 n-1 are obtained by folding the plates around fold lines numbered respectively 5 1 to 5 n . i .
- the next step of the process consists in electrolitically depositing a copper layer 4 on the fins using the process previously described for the deposition of the copper layer on the plate 1.
- the edges of the fins 7 1 to 7 n-1 and 8 1 to 8 n-1 opposite respectively to the fold lines 5 1 to 5 n-1 are engaged in the corresponding grooves 2 1 to 2 p of the plate 1.
- L final step of the process consists in depositing tin solder rods facing the grooves 2 1 to 2 n and depositing the assembly on a hot plate so as to melt the tin which, by filling the grooves, will make a once the tin layer has cooled down, (10) ... 10 n ) the fins secured to plate 1.
- An additional step consists in slightly pickling the dissipator thus obtained and in tinning the surfaces of the dissipator to perfect its surface condition.
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Description
- La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un dissipateur thermique et un dissipateur thermique obtenu par ce procédé.
- Elle s'applique plus particulièrement à la réalisation de dissipateurs thermiques en convection naturelle, facilement intégrables sur des platines d'appareils électroniques.
- Les dissipateurs thermiques connus (voir par exemple DE-A-2 502472) sont généralement constitués par des radiateurs à ailettes et comprennent un support de base plan ou semelle sur lequel les ailettes sont disposées perpendiculairement à ce support. Plusieurs procédés de fabrication sont connus pour réaliser de tels radiateurs. Ces procédés font appel aux techniques de moulage, d'extrusion, de fraisage et/ou d'assemblage.
- Dans la technique du moulage, les alliages à bonne conductibilité thermique présentent généralement une mauvaise coulabilité ce qui conduit à reduire la hauteur des ailettes de refroidissement et leur densité de répartition, limitant de ce fait la surface de contact avec le fluide de refroidissement. D'autre part, la nécessite de prévoir le démoulage limite les formes que peut revêtir un radiateur. A ces inconvénients s'ajoute le coût élevé d'un moule et les difficultés rencontrées pour obtenir les modifications des caractéristiques du radiateur.
- Les procedés d'extrusion ne permettent pas d'obtenir des bandes extrudées de grandes largeurs et imposent dans le cas où les puissances à dissiper sont importantes de prévoir l'assemblage de plusieurs radiateurs, ce qui augmente le prix de revient des réalisations faisant usage de ces dissipateurs.
- Le fraisage dans la masse introduit une perte importante de matière et demande un temps d'exécution relativement long, incompatible avec les techniques de fabrication en série. Les autres techniques d'assemblage, notamment la technique d'assemblage des dissipateurs en alliage d'aluminium soudés au bain de sel sont coûteuses à réaliser, car elles nécessitent un outillage particulier et un investissement important dûs au coût élevé du bain de sel.
- Le but de l'invention est de pallier les inconvenients précipés.
- A cet effet l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un dissipateur thermique formé par une semelle en alliage léger d'aluminium formant support à des ailettes de refroidissement caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser la semelle et les ailettes dans un matériau en alliage léger d'aluminium, à pratiquer des rainures dans la semelle, chaque rainure étant dimensionnée pour permettre l'engagement d'une ailette par un de ses bords, à recouvrir par voie électrolytique la semelle et les ailettes d'une couche superficielle de cuivre, à engager les bords de chaque ailette devant être rendus solidaires de la semelie dans les rainures correspondantes et à souder par fusion d'un apport d'étain les bords des ailettes engagés dans les rainures, pour réaliser l'assemblage permanent des ailettes sur la semelle.
- L'invention a également pour objet un dissipateur thermique formé par une semelle en alliage léger d'aluminium sur laquelle des ailettes de refroidissement sont fixées par au moins un de leur bord à l'intérieur de rainures, caractérisé en ce que la semelle et les ailettes sont recouvertes d'une couche de cuivre et que les ailettes sont maintenues soudées dans les rainures par une soudure à l'étain.
- D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description faite au regard de la figure unique jointe donnée uniquement à titre d'exemple et qui représente un mode de réalisation du dissipateur thermique obtenu par le procédé de fabrication selon l'invention.
- Le procédé consiste dans une première étape à usiner dans une plaque 1 en alliage léger d'aluminium du type AU4G formant semelle, des rainures 21 à 2n, de profondeur et de largeur suffisantes pour permettre l'engagement et la fixation d'ailettes de refroidissement 31 à 3n-1.
- Dans une deuxième étape, une couche superficielle de cuivre 4 d'environ 60 microns est déposée sur la superficie de la plaque 1 de façon à la recouvrir entièrement. Cette opération est effectuée par exemple, après avoir constitué sur la plaque 1 une couche d'adhérence de zinc par immersion de la plaque 1 dans un bain à 25°C de soude OHNa à 450 gr. par litre, d'oxyde de zinc, ZnO, à 50 gr. par litre et de chlorure de fer à 1 gr. par litre.
- Le dépôt du cuivre pourra être obtenu en utilisant un électrolyte composé de cyanure de cuivre CNCu à 52 gr. par litre, de cyanure de zinc CNZn à 12 gr. par litre, de cyanure de sodium CN Na à 85 gr. par litre, de carbonate de sodium Na2 C03 à 30 gr. par litre, de chlorure d'ammoniaque NH4CI à 28 gr. par litre et de cyanure libre à 5 gr. par litre.
- La troisième étape du procédé consiste à fabriquer les ailettes dans des plaques d'alliage léger AU4G. Un mode de réalisation possible et non obligatoire des ailettes est représenté sur la figure unique où les ailettes 31 à 3n-1 sont obtenues par pliage des plaques autour de lignes de pliage numérotées respectivement 51 à 5n.i. L'étape suivante du procédé consiste à déposer par voie électrolitique une couche de cuivre 4 sur les ailettes à l'aide du procédé précédemment décrit pour le dépôt de la couche de cuivre sur la plaque 1. Lorsque le dépôt de la couche de cuivre est terminé, les bords des ailettes 71 à 7n-1 et 81 à 8n-1 opposés respectivement aux lignes de pliage 51 à 5n-1 sont engagés dans les rainures correspondantes 21 à 2p de la plaque 1. L'étape finale du procédé consiste à déposer des baguettes de soudure en étain en regard des rainures 21 a 2n et à déposer l'ensemble sur une plaque chauffante de façon à faire fondre l'étain qui en remplissant les rainures, rendra, une fois la couche d'étain refroidie, (10)... 10n) les ailettes solidaires de la plaque 1.
- Une étape complémentaire consiste à décaper légèrement le dissipateur ainsi obtenu et a procéder a un étamage des surfaces du dissipateur pour parfaire son état de surface.
- La détermination des caractéristiques dimensionnelles du dissipateur ainsi réalisé n'offre pas de difficultés, elle sera obtenue dans tous les cas à partir des caractéristiques de puissance à dissiper P, des écarts de température δT souhaités entre la température ambiante et les éléments électroniques placés sur le dissipateur, ainsi que du coefficient de convection hc. Lorsque ces trois paramètres sont connus, la surface de dissipation est déterminée par la formule s =
- Bien que le principe de la présente invention ait été décrit ci-dessus en relation avec un seul exemple de réalisation, il faut comprendre que la description n'a été faite qu'à titre d'exemple. D'autres variantes de réalisation sont en effet possibles notamment en modifiant la forme et les moyens d'obtention des ailettes de refroidissement. C'est ainsi qu'il sera tout aussi possible, de donner aux ailettes une forme plate rectangulaire, que de fabriquer les ailettes par pliage d'une bande d'alliage léger d'aluminium plusieurs fois sur elles-mêmes et alternativement autour de deux directions de pliage pour former une bande ondulée. Ce dernier mode de réalisation offre pour principal avantage de permettre d'obtenir une bande d'ailettes en une seule operation d'usinage, cette opération pouvant être effectuée par simple emboutissage d'une plaque en AU4C. On comprendra également que l'invention n'est pas limitée à une réalisation plate de la semelle, des formes cylindriques ou autres sont également envisageables.
Claims (10)
1. Procédé de fabrication d'un dissipateur thermique formé par une semelle (1) en alliage léger d'aluminium formant support à des ailettes de refroidissement (31 ... 3n-1), caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser la semelle (1) et les ailettes (31 ... 3n-1) dans un matériau en alliage léger d'aluminium, à pratiquer des rainures (21 ... 2n) dans la semelle, chaque rainure étant dimensionnée pour permettre l'engagement d'une ailette (31 ... 3n-1) par au moins un de ses bords, à recouvrir par voie électrolitique la semelle et les ailettes d'une couche superficielle de cuivre (4), à engager les bords (71 ... 7n; 81 ... 8n-1) de chaque ailette devant être rendus solidaires de la semelle (1) dans les rainures correspondantes (21 à 2) et à souder par fusion d'un apport d'étain les bords des ailettes engagés dans les rainures pour réaliser l'assemblage permanent des ailettes (31 ... 3n-1) sur la semelle.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ailettes (31 ... 3n-1) sont obtenues par pliage d'une plaque autour d'une ligne de pliage (51 ... 5n-1) formant charnière et en ce que chaque ailette (31 ... 3n-1) est maintenue à l'intérieur des rainures de la semelle par les bords (71 ... 7n; 81 ... 8n) opposés à l'arête.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ailettes (31 ... 3n-1) sont obtenues par pliage d'une bande d'alliage léger d'aluminium plusieurs fois sur elle-même et alternativement autour de deux directions de pliage consécutives pour former une bande ondulée.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la bande repliée est maintenue sur la semelle par les lignes de pliage (51 ... 5n-1) d'une même direction, engagées à l'intérieur des rainures (21 ... 2n) de la semelle.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le soudage des ailettes (31 ... 3n-1) sur la semelle est obtenu par dépôt de baguettes de soudure au regard des rainures (21 ... 2n) et par fusion des baguettes de soudure obtenues en plaçant la semelle sur une plaque chauffante.
6. Dissipateur thermique formé par une semelle (1) en alliage léger d'aluminium sur laquelle des ailettes (31 ... 3n-1) de refroidissement également en alliage léger d'aluminium sont fixées par au moins un de leur bord à l'intérieur des rainures (21 ... 2n), caractérisé en ce que la semelle (1) et les ailettes (31 ... 3n-1) sont recouvertes d'une couche de cuivre (4) et que les ailettes sont maintenues soudées dans les rainures par une soudure à l'étain (101 ... 10n).
7. Dissipateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les ailettes (31 à 3n-1) ont une forme plate rectangulaire.
8. Dissipateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque ailette (31 à 3n-1) a la forme d'une plaque repliée autour d'une ligne de pliage (51 ... 5n-1) formant charnière et en ce que chaque ailette (31 ... 3n-1) est maintenue à l'intérieur de rainures (21 ... 2n) dans la semelle (1) par les bords opposés à l'arête (71 ... 7n; 81 ... 8n).
9. Dissipateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les ailettes (31 ... 3n-1) sont obtenues par pliage d'une bande d'aliage leger d'aluminium plusieurs fois sur elle même et alternativement autour de deux directions de pliage (51 ... 5n-1) consécutives pour former une bande ondulée.
10. Dissipateur selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que la semelle (1) a une forme plate.
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